生命的物质基础和结构基础

生命的物质基础和结构基础专题概览专题概论细胞是生物体结构与生命活动的基本单位，生物体的主要代谢活动均在细胞内完成，因此每一个生物科学问题的关键必须在细胞中寻找”细胞具有极其复杂的化学成分，在各个层次上构成极为精密的细胞结构体系，这是细胞完成各项生命活动所需的结构基础；构成细胞结构和功能所需的各种无机化合物和有机化合物是细胞完成生命活动所必需的物质基础细胞工程不仅是对细胞生命活动规律认识的重要手段与途径，而且通过细胞杂交获得的单克隆抗休技术的建立是细胞工程中最富成果性的工作之一重点知识生命的物质基础组成生物体的化学元素和化合物及其重要作用；生物界与非生物界的统一性和差异性。细胞的结构和功能细胞器的结构和功能；细胞质基质；细胞核的结构；原核细胞的基本结构。生物膜细胞膜的分子结构、化学组成及主要功能；生物膜的概念；各种生物膜在结构和功能上的联系；研究生物膜结构和功能的方法、生物膜的应用。细胞工程植物组织培养和植物体细胞杂交；动物细胞培养、细胞融合、单克隆抗体：高考回溯生命的物质基础和结构基础是研究生物学的基础。单独考查某一个知识点的可能性不大，但可以和相关的知识综合起来考查，因此不仅要准确、详细的掌握基础知识，更要能够灵活运用。其中细胞膜的结构和功能、各个生物膜在结构和功能上的联系、代谢与细胞器的内容是命题中的焦点；细胞工程、细胞工程与遗传、生物膜的研究方法是考试中的热点；生物大分子的结构与代谢、真核细胞、原核细胞与病毒等的结构和代谢特点是命题中的基本内容。同时，在细胞结构和功能结构图识别的基础上，以生理功能为载体，考查学生的基础知识的掌握、识图能力、综合分析能力、思维判断能力等也是高考命题中的常见类型，近年来的高考试题中涉及本专题内容的约占总分数的 10 %学习方法本专题既是生物学的基础知识又与自然科学的新进展、科技的应用紧密联系，因此在本专题的学习中：首先，要注重基础知识的理解和掌握，特别要将生命的物质基础和结构基础放在生物体的各项生理功能中去理解和把握，注重细胞结构和各项生理功能的联系其次，要能够识别细胞结构图和生理图了解研究细胞结构和功能常用的基本方法，这不仅能够受到科学思维和科学方法的启迪，而且有助于对基础知识的理解和掌握第三，要善干归纳和总结，将零散的知识用生理这条线串联起来，和知识的应用联系起来，要在具体实例的分析中贯穿“结构与功能相统一、部分与整体相统一”的辩证思想，如变形虫的分割实验、肠腺细胞与心肌细胞细胞器的种类、数量有何不同？一定要注意知识点之间的联系如细胞膜的结构、功能及流动性、选择透过性之间的关系；各种细胞器与细胞膜、细胞核功能上的联系；细胞结构与物质基础、细胞增殖、遗传变异及进化上的联系等专题纵横本专题作为生物学的基础知识处于不可替代的地位，只有牢固地掌握细胞的物质基础和结构基础才能研究生物的新陈代谢、生长发育、生命活动的调节、遗传变异等内容。具体来说，化学元素和化合物阐述了生命是由水、无机盐和生物大分子等组成的高度有序的动态体系，生命分子的结构和功能不仅是学习细胞的结构、功能、代谢和繁殖等知识的基础，而且是学习遗传与进化、稳态与环境等知识的基础。例如，蛋白质和核酸等知识是进一步探讨 DNA 分子的结构与功能、基因和遗传信息的概念、遗传信息的传递与表达，以及基因的调控等知识的前提。蛋白质的结构与功能也是学习激素调节机制的必要前提。此外，生命系统的物质、能量和信息传递等知识，成为理解生态系统的物质循环、能量流动和信息交流的重要基础。有关细胞的结构与功能的知识，必然对继续学习细胞代谢和增殖等知识起着重要作用。有关细胞核的知识对于深人理解有性生殖中配子的作用，以及传种接代过程中基因的传递、重组和突变等知识起着重要作用。考试要求1、了解组成生物体的化学元素和化合物及其作用；生物界和非生物界的统一性和差异性。2、理解组成生物体的各种化学元素的组成、存在形式、重要功能；细胞的亚显微结构；细胞质基质及各种细胞器的结构和功能；原核细胞的基本结构；病毒的结构及其与细胞的关系；生物膜在结构和功能上的联系；植物的组织培养及植物体细胞杂交；动物细胞培养及细胞融合。3、掌握通过实验研究生物膜结构与功能的方法；生物膜的结构、相互转化和功能上的联系；蛋白质的合成过程；细胞亚显微结构的识别；线粒体和叶绿体的主要功能；细胞核的主要功能；动植物细胞培养、融合技术及应用；单克隆抗体的制备。考试内容生命的物质基础化学元素自然界的生物和非生物都是由化学元素组成的，组成生物体的化学元素种类基本相同但含量不同，这正是生物多样性的一种体现。大量元素是指含量占生物体总重量万分之一以上的元素；微量元素是指含量很少，但生物生活所必需的一些元素。在组成生物体的大量元素中碳是最基本的元素，是构成生物大分子的骨架，地球上的生命就是以碳元素为基础来构建的。构成生物体的化学元素在无机自然界都可以找到，但这些化学元素在生物体内和无机自然界的含量相差很大，这体现了生物界与非生物界的统一性和差异性。例 1 下列有关组成生物体化学元素的论述中，正确的是( ）。A 组成生物体和组成无机自然界的化学元素中，碳元素的含量最多 B 人、动物与植物所含的化学元素的种类差异很大 C 组成生物体的化学元素在无机自然界都可以找到 D、不同生物体内各种化学元素的含量比例基本相似命题意图本题考查学生对组成生物体的化学元素和非生物界化学元素的统一性和差异性的理解和掌握，以及对不同生物体化学元素组成的差异的理解和掌握。解题过程组成生物体的化学元素，在不同生物体内，种类大体相同，但含量却相差很大。碳（ C ）元素在生物体内含量不是最多，但它是构成生命大分子如蛋白质、核酸、脂类等的基本骨架，决定了它是最基本的元素。组成生物体的化学元素在无机自然界都可以找到这个事实说明，生物界与非生物界具有统一性，而化学元素含量的差异则说明生物界与非生物界具有差异性。参考答案 C 。注意本试题虽然考查学生对构成生物界化学元素的理解和掌握，但学生要理解其外延即生物的起源和生物的多样性知识化合物构成生物体的化合物主要有蛋白质、核酸、脂类、糖类和水。蛋白质是生命活动的体现者，其基本组成单位是氨基酸。氮基酸的结构通式为表明每种，基酸分子二少包含一个氨基和一个梭基并且都有一个氮基和一个梭基共同连接在同一个碳原子上；肤键可以表示为一个氨基酸分子的梭基和另一个氨基酸分子的氨摹相连接，同时失去一分子水，这种结合方式叫做脱水缩合。蛋白质的合成场所是核糖休，合成过程要经过转录、翻译和加工。核酸是遗传信息的载体，它的基本组成单位是核营酸，一个核普酸是由一分 r 磷酸、一分子含氮碱基、一分 r 五碳巾汹 1 成的。每种蛋白质都具有特定的空间结构，这是蛋白质功能多样性的基础。高温、酸、碱、重金属等可以使蛋白质变性而丧失特定功能。鉴定蛋白质的试剂为双缩脲。水在细胞内以两种形式存在：自由水和结合水。以游离形式存在的可以流动的水是自由水、和细胞内其他物质结合的水叫结合水。新陈代谢越旺盛的细胞自由水的相对含量越多反之，自由水的相对含量越少新陈代谢越缓慢。无机盐在细胞内主要以离子形式存在，是细胞内某些化合物的组成成分，此外还有调节生命活动的重要作用。例 2 下列关于生物分子的叙述，正确的是（）。 A 蛋白质是由多个氨基酸分子通过肤键相互连接而成的高分子化合物 B DNA 是一切生物的遗传信息的载体 C 酶是生物体产生的具有催化活性的蛋白质 D RNA 通常只有一条链，它的碱基组成与 DNA 完全不同命题意图本题属于识记的内容，考查学生对生物大分子蛋白质、核酸结构和功能以及酶的化学本质等知识的掌握。解题过程生物大分子中，蛋白质是一切生命活动的体现者，蛋白质是由氨基酸脱水缩合而形成的，脱水缩合形成的化学键叫肤键；核酸是生物的遗传物质，包括 DNA 和 RNA ，其中 DNA 是绝大部分生物的遗传物质，而少数病毒的遗传物质是 RNA 如 HIV 。两者有共同的碱基 A 、 G 、 C ；酶是具有催化功能的生物大分子，绝大多数为蛋白质，也有少数酶是 RNA 分子。参考答案 A 。注意:解答本题的关键是对生物大分子结构、功能的理解和掌握，属于基础知识的范畴。2 细胞的结构和功能1、原核细胞和真核细胞的亚显微结构原核生物和真核生物最主要的区别是有无成形（核膜包被）的细胞核，此外原核生物除了核糖体外，没有复杂的细胞器，因此其光合作用、呼吸作用进行的场所在细胞质基质而真核生物的光合作用在叶绿体中进行，呼吸作用的场所主要是线粒休。动物细胞和植物细胞亚显微结构的识别、细胞器的识别。病毒是没有细胞结构的生物，其遗传物质是DNA或 RNA 。病毒的核酸只有一种，不会同时存在这两种核酸。病毒的侵染过程和繁殖特点。烈性噬菌体的入侵增殖一般包括吸附、侵入、复制、装配、释放五个阶段。吸附：噬菌体与敏感的寄主细胞接触，在寄主细胞的牡瞬性受点上结合。一种细菌可被多种噬菌体感染，不同的感染噬菌休在同一寄主细菌的不同受点上吸附。侵入：噬菌体吸附在细菌细胞壁的受点上以后，核酸注人细菌细胞中，蛋自质外壳留在外面。复制：噬菌体核酸进入寄主细胞后，操纵寄主细胞的代谢机能，大量复制噬菌体核酸，并合成病毒所需要的蛋白质。包括构成噬菌体衣壳的蛋白质。装配：在寄主细胞的一定部位，衣壳和核酸组装成完整的噬菌体粒子。寄主细胞的裂解释放：噬菌休成熟后，引起寄主细胞的裂解，释放出病毒粒子。例。3 下图是植物细胞亚显微结构模式图，据图回答。（ 内填人图中标号，上填适当内容的文字） : ( l ）将葡萄糖分解为丙酮酸的场所是 。合成蛋白质的场所是 。 ( 2 ）遗传信息的转录发生在 内，转录的产物通过 进人细胞质( 3 ）若这是叶肉细胞正处于光照下，则将二氧化碳还原成糖类的部位是 ，完成此生理过程需要光反应提供 和 ( 4 ）若这是根尖生长点细胞正处于有丝分裂的前期，则 和 会消失，不存在的细胞器有 和液泡。 ( 5 ）若这是根毛区细胞正处于营养液中，则在正常情况下，与其吸收矿质元素有关的细胞器主要是 和 。因为讲行此味理活动需要前者提供 ，后者提供 。命题意图本题首先考查的是学生的识图能力，同时考查了细胞器、呼吸作用、光合作用及代谢等知识，有一定的综合性，但仍然属于知识的应用水平，难度不大。解题过程我们首先要根据已有的知识（例如是否有细胞壁、细胞核、单层膜还是双层膜的细胞器等）准确地识别细胞图；其次要将细胞图中的细胞器与其生理功能联系起来（例如细胞核是遗传信息的储存、复制和转录的场所；线粒体与呼吸作用甚叶绿体与光合作用等）；同时要将某些细胞特定生理过程的特点（例如矿质元素的吸收、细胞分裂等）与细胞器联系起来才能正确解答此题参考答案 j ( l ) 3 细胞质； 2 核搪体。 ( 2 ）细胞核；核孔。 ( 3 ） 7 叶绿体基质； ATP ; NADPH （能量和氢还原也对）。 ( 4 ) 4；5 ；叶绿体。 ( 5 ）1：2；能量 （或ATP) ；蛋白质（或载体）。注意做此类题不要急于写答案，而是要仔细识别细胞图，特别是准确识别细胞器，这是解题的关键；其次在涉及到某些生理过程时，要根据已有的知识进行综合、全面的分析。细胞质基质细胞质基质中含有水、无机盐离子、脂质、糖类、氮基酸和核昔酸等，还有多种酶，是活细胞多种代谢活动的场所。为了保证许多代谢活动能够高效的进行，细胞中有许多行使特定功能的细胞器，细胞器对活细胞完成各种生命活动是非常重要的。线粒体、叶绿体的结构和功能及与能量转换的关系，线粒体和叶绿体与细胞质遗传的关系如下表所示：线粒体叶绿休分布普遍存在于动植物细胞（哺乳动物成熟的红细胞除外）主要存在于植物的叶肉细胞内形态 （光镜下）大多椭球形扁平的椭球形或球形结构膜外膜使之与周围的细胞质基质分开内膜向内腔折叠形成峭，扩大了内膜面积，含有多种与有氧呼吸有关的酶包围着几个到几十个绿色基粒等细微结构基粒分布在内膜上由 10 一 100 个囊状结构重叠而成，色素和光合作用酶分布在囊状结构薄膜上基质在蜻的周围充满着液态基质，含与有氧呼吸有关的酶在基粒和基粒之间充满基质，含有与光合作用有关的酶都含少量的DNA，是能够复制的细胞器功能是细胞有氧呼吸的主要场所是光合作用的场所细胞核是遗传和代谢的调控中心细胞是生命活动的基本单位例。 4 有人说“细胞是生命的基本单位”，提出了如下几种理由，其中错误的是（） A、从细胞内分离出的结构不能在细胞外长时间培养和生存B、新陈代谢主要在细胞内进行 C 构成不同生物细胞的化学元素的种类和含量基本相同 D 除病毒等少数种类外，所有的生物体都是由细胞构成的命题意图本题考查的是对细胞整体性的认识和细胞功能差异性的理解。属于知识的理解应用层次的考查，需要综合分析，具有一定的难度。解题过程细胞是构成生物体结构和功能的基本单位，除病毒等少数生物外，所有的生物体都是由细胞构成的；细胞是生命活动的基本单位，只有保证细胞结构的完整性才能行使正常的功能；细胞是进行新陈代谢的主要场所；同种生物不同细胞的功能是有差异的，这种差异正是细胞内不同物质基础结构及功能的反应参考答案 C 。注意解答本题既要理解细胞是生物体结构和功能的基本单位这一命题又要理解细胞功能的差异性及产生功能差异性的基础3 生物膜生物膜系统除核糖休中心体外，真核生物的细胞器都是由生物膜构建的封闭结构，生物膜系统是细胞内最基本的结构体系，各种独立的、重要和复杂的细胞器都是在生物膜系统的基础上形成的，它们在结构和功能卜具有直接或间接的联系：在结构联系上起中心作用的是内质网，它外连细胞膜，内接核膜和高尔基体也有间接的联系。细胞内的各种生物膜在功能上也是既有明确的分工又有紧密的合作内质网是生物大分子合成的基地，脂类、糖类与向细胞外分泌的蛋白质分子是在内质网上合成的。高尔基体是合成物加工、包装与运输的细胞器。细胞膜的流动镶嵌模型、细胞膜的功能特点：选择透过性；结构特点；流动性。不同物质进出细胞的方式，包括自由扩散和主动运输、内吞和外排。通过模拟生物膜的选择透过性研制出了透析型人工肾、利用磷脂制成微球体包裹着特定药物运输到患病部位的细胞，从而达到诊断和治疗疾病的目的。细胞学说的基本论点细胞是生物体结构和功能的基本单位，细胞是一个有机体，一切动植物都是由细胞发育来的并由细胞和细胞产物构成。细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用。新细胞可以从老细胞中产生。研究细胞的技术有：电镜技术、细胞破碎技术、超离心技术和同位素标记技术，这些是探索细胞结构和功能的重要途径和方法。例 5 内质网膜与核膜、细胞膜相连，这种结构特点表明内质网的重要功能之一是（）。A 扩展细胞内膜，有利于酶的附着 B提供细胞内物质运输的通道 C 提供核糖体附着的支架 D 参与细胞内某些代谢反应命题意图本题考查的是准确运用知识的能力，要根据题意做出具休分析。解题过程内质网的功能是多方面的，它既与蛋白、脂肪的合成、加工、包装和运愉有关，又与脂类、胆固醇代谢、糖元的分解、脂溶性毒物（如苯巴比妥）的解毒作用等有关。因此所有选项均是内质网的功能。但就题中所阐述的结构特点分析，表达的是其重要功能之一 提供细胞内物质运输的通道。例如细胞内合成的免疫球蛋白、胰岛素、各种消化酶等各种分泌蛋自，就是通过这些膜构成的管道运输到高尔基体，经加工包装后再分泌到细胞外参考答案 B 。注意许多同学在做题的过程中不仔细阅读题目，匆匆忙忙选一个自以为对的答案，实际上和题目的要求不相符。考试中要重视对题目的阅读理解，然后再利用生物学知识综合分析。 4 细胞工程细胞工程中涉及的主要技术植物的组织、（细胞）培养及植物的体细胞杂交技术、原生质体的制备方法植物细胞工程在生产实践中的应用。动物细胞培养技术和方法以及在实践中的应用。细胞融合技术和方法、杂种细胞的筛选和培养。动物细胞和植物细胞由于其细胞结构、代谢方式不同，因此动、植物的细胞培养和细胞杂交的原理和操作也有很大差别。单克隆抗体的制备制备单克隆抗体是动物细胞工程在实践中的重要应用。制备单克隆抗体的理论依据和设计思路： B 淋巴细胞是负责体液免疫的细胞，在抗原刺激下能够形成效应细胞分泌特异性免疫球蛋白即抗体，在免疫反应中 B 细胞群体可以产生多达百万种以上的抗体，但每一个 B 淋巴细胞都只能分泌一种抗体在体外培养的情况下 B 淋巴细胞不能无限增殖骨髓瘤细胞遗传物质有癌变的特点，失去凋亡机制、失去接触抑制，具有无限增殖能力，在休外培养条件下可大量增殖融合后的杂交瘤细胞在体外既能无限增殖又能产生抗体通过抗体检验，筛选出能够产生单一抗体的细胞群大量培养，即可获得单克隆抗体。单克隆抗